[发明专利]一种非铅钙钛矿光电功能材料、太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种非铅钙钛矿光电功能材料、太阳能电池及其制备方法和应用；所述非铅钙钛矿光电功能材料，化学式为ABX₄；其中：所述A为疏水性苯基阳离子；所述B为三价金属离子；所述X为卤素离子。本发明所制备的非铅钙钛矿光电功能材料具有准三维晶体结构具有超过一年的湿度稳定性；本发明采用非铅钙钛矿电光材料C₆H₅NH₃BiI₄，以无毒的铋元素替代有毒的铅元素，以具有疏水性质的C₆H₅NH₃替代CH₃NH₃，具有无毒环保、稳定性高的特点。此外，C₆H₅NH₃BiI₄在乙醇中具有良好的溶解性，以环保绿色低毒的乙醇作为溶剂，利于自然的环境保护。

技术领域

本发明属于光电半导体材料技术领域，特别涉及一种非铅钙钛矿光电功能材料、太阳能电池及其制备方法和应用。

背景技术

以CH₃NH₃PbX₃(X＝I、Br、Cl)为吸光层的钙钛矿太阳能电池因其光电转化效率高、可低成本溶液法规模化制造、制备工艺和设备简单低廉等优点受到了全世界科学家与产业界人士的广泛关注。自2009年首次以3.8％的光电转化效率出现后，其效率在随后短短九年里以前所未有的速度不断攀升，截止2018年11月得到认证的最高效率达到了23.7％。钙钛矿在LED、光电探测器等领域也大放异彩。

然而，钙钛矿光电材料仍存在三个方面的不足：

第一，钙钛矿材料CH₃NH₃PbX₃(X一般是Cl^-、Br^-、I^-等)中存在可致癌的重金属铅，一旦分解后会渗透到土壤中从而对环境和人类及动物健康造成极大的威胁；

第二，金属有机卤化铅CH₃NH₃PbX₃对湿度敏感，这会使钙钛矿材料发生分解从而使太阳能电池的光电转换效率急剧衰减，这将严重影响太阳能电池的使用寿命以及商业化应用。

第三，CH₃NH₃PbX₃通常采用DMF、DMSO等毒性溶剂，对环境有一定的污染。

因此，无铅低毒、具备优异稳定性、可使用环境友好型溶剂的新型钙钛矿光电材料的研究开发有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非铅钙钛矿光电功能材料、太阳能电池及其制备方法和应用，以解决上述技术问题。

为实现以上发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种非铅钙钛矿光电功能材料，化学式为ABX₄；其中：所述A为疏水性苯基阳离子；所述B为三价金属离子；所述X为卤素离子；所述ABX₄是一维结构钙钛矿，由一维BX₆八面体共边链与疏水性苯基阳离子A构成；所述A为C₆H₅NH₃⁺、C₆H₅CH₂NH₃⁺、C₆H₅CH₂CH₂NH₃⁺中的至少一种；所述三价金属离子为Bi³⁺、Sb³⁺中的至少一种；所述卤素离子为F^－、Cl^－、Br^－、I^－中的至少一种。